Laser-gas metal arc hybrid welding has been considered as an alternative process of gas metal arc welding for offshore pipe laying. Fiber delivered high power lasers which enable deep penetration welding were recently developed but high power welding characteristics were not fully understood yet. In this study, the influence of shielding gas composition on welding phenomena in high power laser welding was investigated. Bead shapes, melt ejection and dropping were observed after autogenous laser welding with 100% Ar, Ar-20% $CO_2$, Ar-50% $CO_2$, and 100% $CO_2$ shielding gas. Process parameter window was widest with Ar-50% $CO_2$ shielding gas and the penetration was deepest with 100% $CO_2$ shielding gas. The melt dropping was not observed when Ar-50% $CO_2$ or 100% $CO_2$ shielding gas was supplied.
The possibility of new GMAW process using economic shielding gases including CO$_{2}$ gas was investigated on the effect of shielding gas on weldabilty. In the optimum welding condition using 600A power source, FCAW process showed low depositions rate, 114 g/min at 300A, but new GMAW using other mixed shielding gases exhibited high deposition rate, 208-224 g/min at 450A. TIME gas, Ar+CO$_{2}$ gas and Ar+CO$_{2}$+O$_{2}$ gas as a shielding gas were able to be used to the very high welding current(450A), moreover TIME gas and Ar+CO$_{2}$ gas showed the highest arc stability among shielding gases studied in this experiments. The weld penetration was performed by axial spray transfer mode of weld droplet. On the basis of workability, weldability and economic point of view, Ar mixture (80%Ar+20%CO$_{2}$) gas was recommended as a shielding gas for the development and application of new GMAW process. This shielding gas showed the low spatter, good weld quality, stable arc and low cost at the region of high welding current.
This study includes the efface of shielding gas types on $CO_2$ laser weldability of low carbon automotive galvanized steel. The types of shielding gas evaluated are He, $CO_2$, Ar, $N_2$, 50%Ar+50%$N_2$. The weld penetration, strength, formability(Erichsen test) of Laser weld are found to be strongly dependent upon the types of shielding gas used. Further, the maximum travel speed and flow rate to form a keyhole weld is also dependent upon types of shielding gas. The ability of shielding gas in removing plasma plume and thus increasing weld penetration is believed to be closely related with ionization/dissociation potential, which determine the period of plasma formation and disappearance. Further, thermal conductivity and reactivity of gas with molten pool also give strong effect on penetration and porosity formation which in turn affect on the formability and strength.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제36권2호
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pp.294-301
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2012
지구온난화의 주원인으로서 $CO_2$가스 사용량 증가에 의한 온실효과가 전 세계적인 문제가 되고 있다. 특히, 조선산업 분야에서는 아크용접 시 보호가스로서 막대한 양의 $CO_2$가스가 사용되고 있기 때문에 $CO_2$가스 사용량을 감소시킬 수 있는 용접장비의 개발에 대한 요구가 커지고 있다. 따라서, 본 연구에서는 $CO_2$ 보호가스 사용량을 감소시킬 수 있는 토치노즐의 최적형상 설계인자를 검토하기 위한 기초연구로서 Tandem 용접기 토치 극간거리에 따른 $CO_2$ 보호가스 분포에 대해서 CFD해석을 수행하였으며, 극간거리와 아크전류 공급량에 따른 용접성에 대해서도 실험적으로 검토하였다. 토치간 거리에 따라서 가장 효과적인 보호가스층이 존재하며, 최적의 극간거리를 정량적으로 결정함에 의해 $CO_2$ 보호가스의 적정한 사용에 의한 $CO_2$ 가스 사용량을 감소시킬 수 있다.
FCAW(Flux Cored Arc Welding) is a widely used welding method in shipbuilding. It also conducts WPS(Welding Procedure Specification) requested by the classification variations of the factors which affect the quality on the welded area such as thickness of base metal, type of welding wire and shielding gas etc. which has to be satisfied. CO2 is commonly used as a shielding gas for FCAW due to the economic point of view. The amount of shielding gas is stated when classification certify WPS. However, the shielding gas is unnecessarily used at the shipyard leaning only on the welder's experience as there are classification standards for using the shielding gas. It causes production cost to rise. Also recently, CO2 is a main contributor for global warming, and large amounts of CO2 are discharged into the atmosphere during shipbuilding processes without any filtration. Therefore it was confirmed by the security of the welded area as a result of conducting the destructive and non-destructive tests with setting up the factors and the standards by using the Taguchi method. Then the FCAW shielding gas's amounts were calculated precisely when assembling a ship. It will be applied to cost reduction and prevention of environmental pollution at the shipyard.
Amount of spatter, welding conditions and welding costs were investigated for MAG welding. $CO_2$, Ar+18%;$CO_2$ and Ar+8%$O_2$ were used for shielding gases. As results, arc characteristics and appropriate range for welding were obtained. Amount of spatter in Ar+18%$CO_2$ gas welding was 20% of that of $CO_2$ welding, and Ar+8%$O_2$ was 10% of that of $CO_2$ welding. Therefore by using Ar+18%$CO_2$and Ar+8%$O_2$ gases, welding costs could be reduced compared with $CO_2$ welding due to avoiding spatter.
The optimization of the welding parameters was studied to maximize the weldability and minimize the amount of spatter in the MAG welding of automotive steel sheets under different shielding gas composition ratio. JS-EFSC, JS-SPHC steel plates and Ar mixture gases were used as a substrate and shielding gas for welding respectively. The five welding parameters were selected through preliminary experiments and their effects on the weldability were analyzed. Experiments were performed using the Taguchi experimental method. As results, appropriate range for welding could be achieved. Amount of spatter in 80%Ar+20%$CO_2$ shielding gas was 20% of that of $CO_2$welding. Therefore, in terms of high productivity and welding cost, Ar mixture gas(80%Ar+20%$CO_2$) was recommended as a shielding gas for application of MAG process, indicating the low spatter and good weld quality.
The $CO_2$ welding with 100% $CO_2$ shielding gas is commonly used because of its cost and efficiency. Arc phenomena of the $CO_2$ welding is influenced by various factors such as chemical compositions of welding wire, shielding gas, welding condition and welding power source etc. In this study, arc phenomena is investigated by using two type of FCW(titania type, semi-metal type). Then, the welding quality and optimum welding condition can be selected. From this study, the following results were obtained; 1) In low current range(140A), FCW up to welding voltage(22V) resulted in a typical short circuit transfer. 2) In high current range(320A), the arc stability in titania FCW of a typical globular transfer is better than that of semi-metal FCW.
Laser beam welding parameters have experimentally investigated, using a continuous wave 3kW $CO_2$ laser with the various travel speeds, beam mode and laser beam power in low carbon steels. An optimum position of focus and the effect of shielding gas on penetration depth with varying the flow range of 0.5 to 5.1m/min have been combined to investigate the effect of laser power and travel speed on penetration depth and bead width. It is found that the optimum position of focus in 3kW class laser is 0.5 to 1.5mm below the surface of the material. The flow rate of shielding gas affects the penetration depth and He is more effective than Ar. The penetration depth in laser welds of low carbon steels is between two and four times of the bead width. Laser beam welding of butt joints in 2mm thick carbon steel has been carried out to establish a weldability lobe. The lobe indicating acceptable welding conditions is introduced.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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